Some Structural Aspects of Ionic Conductivity in Co-Doped Ceria-Based Electrolytes

Abstract

The sinters of co-doped ceria solid solutions with the formula of Ce 0.85 Sm 0.15−x R x O 1.9 , where R = Y, Gd, Pr, Tb, 0 <x<0.15, were obtained from powders synthesised by Pechini method. • C and partial oxygen pressure from 10 −6 to 1 atm were close to 1, which indicated that materials investigated exhibited practically pure ionic oxide conductivity.On the other hand, the introduction of Tb 3+ or Pr 3+ higher than x>0.05 into solid solution Ce 0.85 Sm 0.15−x R x O 1.9 , R = Tb, Pr caused a decrease in the ionic transference number t ion below 1 due to an increase in partial electronic conduction. This fact limiting investigated co-doped terbia and samaria or samaria and praseodymia ceria-based solid solutions for the further application as oxide electrolytes in solid oxide fuel cells. The selected co-doped ceria samples were tested as solid electrolytes in solid oxide fuel cells operating in the intermediate temperature range 500-750• C. Keywords: solid oxide fuel cells, ionic conductivity, co-doped ceria solid solutions, fluorite structure Spieki roztworów stałych tlenku ceru (IV) domieszkowanego dwoma kationami Ce 0,85 Sm 0,15−x R x O 1,9 , gdzie R = Y, Gd, Tb, Pr, zaś 0 <x<0,15 otrzymano z proszków syntezowanych metodą Pechiniego. Dla roztworów stałych Ce 0,85 Sm 0,15−x R x O 1,9 , gdzie R = Y, Gd ,Tb, zaś 0 <x<0,15 zaobserwowano liniowe zmiany stałej sieci a wraz ze zmianą składów chemicznych badanych próbek. Z kolei zastąpienie w roztworze stałym Ce 0,85 Sm 0,15−x Pr x O 1,9 kationów Sm 3+ kationami Pr 3+ powoduje już odstępstwa od liniowych zmian wielkości stałej sieci a badanych materiałów. Przyczyną tego zjawiska jest prawdopodobna zmiana stopnia utlenienia kationów Pr 4+ na Pr 3+ w badanym roztworze stałym. Wyznaczone wielkości liczb przenoszenia jonów tlenkowych t ion dla grupy spieków roztworów stałych Ce 0,85 Sm 0,15−x R x O 1,9 , gdzie R = Y, Gd, gdzie 0 <x <0,15 są bliskie 1, co wskazuje na praktycznie czysto jonowy mechanizm przewodnictwa elektrycznego. Z kolei dla spieków tlenku ceru (IV) domieszkowanego kationami samaru i terbu lub samaru i prazeodymu Ce 0.85 Sm 0.15−x R x O 1.9 , R = Tb, Pr, gdzie x>0,05 stwierdzono spadek liczby przenoszenia jonów tlenkowych t ion poniżej 1. Wzrost składowej przewodnictwa elektronowego w tych materiałach ogranicza ich potencjalne zastosowanie jako elektrolitów tlenkowych w stałotlenkowych ogniwach paliwowych. Spiek Ce 0,85 Sm 0,1 Y 0,05 O 1,9 , charakteryzuje się najwyższą przewodnością jonową z pośród badanych materiałów. Wybrane materiały na bazie tlenku ceru (IV) domieszkowanego dwoma kationami przetestowano jako elektrolity tlenkowe w stałotlenkowych ogniwach paliwowych pracujących w temperaturach 500-750• C.

Phase stability, microstructure, and dielectric properties of quaternary oxides In12Ti10A2BO42 (A: Ga or Al; B: Mg or Zn)

“…are summarized in Table . The values of E act (1.04‐1.21 eV) obtained in the region I are in correspondence with ionic conductivity, usually observed at high temperature in dielectric materials such as ZrO 2 ‐Y 2 O 3 , CeO 2 :Y 2 O 3 and LaBi 5 Fe 2 Ti 3 O 18 . In perovskite‐type oxides, such as SrTiO 3 ceramics, activation energies 1.02‐1.08 eV have been ascribed to oxygen vacancy mobility in concordance with values reported in the region I of the present study.…”

Effect of sintering temperature on the microstructure and ionic conductivity of Ce0.8Sm0.1Ba0.1O2-δ electrolyte

“…A study has shown that doped ceria-based electrolytes exhibit electronic conductivity mainly at high temperatures (>1000°C) [3]. Moreover, the oxide ion transference number of co-doped ceria electrolytes is close to 1 [23,24]. Therefore, the conductivity obtained from Eq.…”